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原創(chuàng) 張井雄 中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所

菟絲子作為典型的莖寄生植物，通過(guò)特化器官“吸器”與寄主建立維管連接。這一結(jié)構(gòu)不僅是其獲取水分和養(yǎng)分的“生命線”，還是菟絲子和寄主間以及不同寄主植物通過(guò)菟絲子傳遞信號(hào)與大分子的“天然橋梁”。由菟絲子和寄主組成的系統(tǒng)是研究植物間長(zhǎng)距離通訊和互作機(jī)制的理想模型。

近日，中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所植物與其他生物互作專題組應(yīng)邀在Plant and Cell Physiology發(fā)表題為Interplant signal transduction between dodder (Cuscuta) and their hosts（菟絲子與寄主植物間的信號(hào)傳遞）的綜述論文。該論文系統(tǒng)梳理了菟絲子與寄主通過(guò)吸器實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)性信號(hào)傳遞及大分子物質(zhì)交換研究進(jìn)展，既總結(jié)了近年來(lái)該領(lǐng)域的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)，又結(jié)合專題組自身研究積累，明確提出未來(lái)研究方向與核心挑戰(zhàn)，為寄生植物與寄主互作研究提供重要參考。

近年來(lái)的研究表明，菟絲子能高效介導(dǎo)多種系統(tǒng)性信號(hào)在相連的不同寄主間傳遞，賦予植物集群“協(xié)同抗逆”能力。當(dāng)一側(cè)寄主遭受昆蟲取食時(shí)，防御信號(hào)可沿菟絲子快速傳遞至另一側(cè)未受害寄主，提前激活其抗蟲防御通路；類似地，鹽脅迫、氮磷等養(yǎng)分脅迫，乃至高光脅迫引發(fā)的系統(tǒng)性信號(hào)，都能通過(guò)菟絲子在寄主間傳遞—這些信號(hào)不僅能調(diào)控寄主的抗逆性，還能優(yōu)化其營(yíng)養(yǎng)吸收效率，幫助植物集群更好地適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境變化。

除小分子信號(hào)外，菟絲子與寄主間還存在大規(guī)模mRNA、小 RNA（sRNA）及蛋白質(zhì)的雙向轉(zhuǎn)運(yùn)，成為兩者長(zhǎng)期進(jìn)化互作的重要證據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)千種 mRNA 可在寄主與菟絲子間交換，雖總豐度通常低于1%，但為跨物種基因表達(dá)調(diào)控提供了可能；菟絲子還能向寄主傳遞小RNA，精準(zhǔn)靶向寄主免疫及發(fā)育相關(guān)基因，削弱寄主防御以促進(jìn)自身寄生；更值得關(guān)注的是，數(shù)百至上千種蛋白質(zhì)可在兩者間遷移，部分蛋白質(zhì)在接收植物中仍保持較高豐度與生物活性。其中，寄主的開(kāi)花調(diào)控蛋白FT（Flowering Locus T，成花素）的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制尤為關(guān)鍵，該蛋白在寄生表達(dá)后，可移動(dòng)至菟絲子體內(nèi)，與菟絲子的FD蛋白結(jié)合，調(diào)控菟絲子的開(kāi)花時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)菟絲子與寄主開(kāi)花同步。這一“信號(hào)竊聽(tīng)”機(jī)制，恰好與菟絲子進(jìn)化中丟失部分開(kāi)花相關(guān)基因的現(xiàn)象相契合，體現(xiàn)了其高度特化的寄生適應(yīng)策略，暗示寄生植物與寄主在長(zhǎng)期共存中，可能通過(guò)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)現(xiàn)某些對(duì)寄主的適應(yīng)性。

盡管當(dāng)前研究已證實(shí)菟絲子與寄主間存在廣泛的信號(hào)及大分子交換，但仍有諸多科學(xué)問(wèn)題待解：多數(shù)系統(tǒng)性信號(hào)分子的化學(xué)本質(zhì)尚未明確，其識(shí)別機(jī)制與功能解析仍是核心研究重點(diǎn)；半寄生植物（如松蒿）僅通過(guò)木質(zhì)部與寄主連接，其信號(hào)傳遞機(jī)制是否與菟絲子存在差異，也需進(jìn)一步探索。值得期待的是，隨著菟絲子及其它寄生植物遺傳轉(zhuǎn)化體系的建立，以及多個(gè)寄生植物高質(zhì)量基因組的發(fā)布，科研人員已擁有更有力的工具，為深入挖掘寄生植物與寄主互作的分子機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

該綜述不僅系統(tǒng)整合了菟絲子介導(dǎo)植物間信號(hào)與大分子傳遞的研究現(xiàn)狀，還總結(jié)了專題組以及國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)在鹽脅迫信號(hào)調(diào)控、氮磷信號(hào)傳遞、功能蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)等方向的研究進(jìn)展，為理解寄生植物的生態(tài)適應(yīng)策略及植物間復(fù)雜互作關(guān)系提供了重要參考。

昆明植物研究所助理研究員張井雄、副研究員申國(guó)境為論文共同第一作者，崔松巋研究員、王文韜副研究員參與了本綜述的工作，吳建強(qiáng)研究員為通訊作者。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、云南省“興滇英才支持計(jì)劃”（“云嶺學(xué)者”“青年項(xiàng)目”）、云南省基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院“西部之光”項(xiàng)目等資助。

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寄生植物代表類群

文：張井雄